30 Juni Lasersystem vereinfacht mehrfarbige Zweiphotonenmikroskopie
Forschende am Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy, am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) haben zusammen mit weiteren internationalen Partnern ein Lasersystem entwickelt, das die mehrfarbige Zwei-Photonen-Mikroskopie vereinfachen soll. Die Technologie basiert auf einem kompakten ultraschnellen Faserlaser und ermöglicht die gleichzeitige Darstellung mehrerer Zelltypen oder Zellstrukturen.
Die in der biomedizinischen Forschung eingesetzte mehrfarbige Zwei-Photonen-Mikroskopie ist technisch aufwendig, da in der Regel mehrere Lasersysteme mit unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden müssen. Das Team um Desy-Forscher Marvin Edelmann und den UKE-Wissenschaftler Andreu Matamoros-Angles berichtet über einen Ansatz, der diese Komplexität reduzieren soll.
UKP-Laser erzeugt Mehrfarbigkeit
Anstelle mehrerer Laser nutzt das System eine einzige faserbasierte ultraschnelle Laserquelle. Mithilfe von Simulationen und eines speziell entwickelten optischen Designs wurde das breite Spektrum der Laserpulse so geformt, dass aus der Quelle gleichzeitig mehrere klar definierte Anregungswellenlängen erzeugt werden. Das Lasersystem basiert auf einem einzelnen Faserlaser, dessen Spektrum mithilfe einer photonischen Kristallfaser verbreitert wird. Nach Angaben der Forschenden besteht der wesentliche Fortschritt darin, die erzeugten Spektralanteile mithilfe von Computersimulationen präzise vorhersagen zu können. Somit wird das System reproduzierbar und lässt sich für praktische Anwendungen besser nutzen.
Die Laserquelle erzeugt drei spektral getrennte ultrakurze Pulse bei etwa 960, 1080 und 1175 nm, die sich sich zur Anregung gängiger Fluoreszenzmarker eignen. Zur Validierung untersuchte das Team im Rahmen der Studie dreifach markierte Gewebeproben aus Mausgehirn, Niere und Leber. Mit der mehrfarbigen Zwei-Photonen-Mikroskopie konnten verschiedene Zellstrukturen gleichzeitig sichtbar gemacht werden, darunter neuronale Netzwerke, Astrozyten, Zellkerne, Blutgefäße und Nervenfasern.
Mikroskopie für einen breiteren Anwenderkreis
Nach Einschätzung der Forschenden könnten kompakte Laserquellen dieser Art die mehrfarbige Multiphotonenmikroskopie einem breiteren Anwenderkreis zugänglich machen. Zudem eröffne die Technologie neue Möglichkeiten zur Untersuchung komplexer biologischer Prozesse, an denen mehrere Zelltypen beteiligt sind. Langfristig sehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Potenzial für Anwendungen in der biomedizinischen Forschung, etwa beim Verständnis von Krankheitsmechanismen in Gehirn- oder Tumorgeweben sowie bei der Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Ansätze.
Originalveröffentlichung:
[M. Edelmann, A. Matamoros-Angles, M. Shafiq, M. Pergament, F.X. Kärtner, M. Glatzel: Deterministic Fiber-Optic Spectral Engineering Enables Three-Color Multiplexed Two-Photon Microscopy; Laser & Photonics Reviews (2026), DOI: 10.1002/lpor.202502952]
Quelle: www.desy.de
Bild: Marvin Edelmann/Desy
Bildunterschrift: Eine rechnerisch optimierte Laserplattform erzeugt drei exakt abgestimmte Farben ultrakurzer Lichtimpulse, die zur Beleuchtung biologischer Gewebe und zur gleichzeitigen Anregung verschiedener Fluoreszenzmarker eingesetzt werden. Bild: Marvin Edelmann / Desy